Проектирование кованой заготовки

 

Процесс ковки состоит в деформировании нагретой заготовки между бойками молота или пресса с помощью универсального инструмента. В зависимости от использования оборудования различают ковку машинную, которая выполняется молотом либо прессом, и ручную, которую выполняют с помощью молотка и кувалды. Ковкой изготовляют обычно простые по форме заготовки массой до 300 тонн и в большинстве случаев в условиях единичного и мелкосерийного производства. Основные операции технологического процесса ковки делят на разделительные, формоизменяющие и общие.

К разделительным операциям свободной ковки принадлежат обрубка, надрубка, ломка. Формоизменяющие операции – это осаждение, протягивание, разгонка, прошивание, изгибание, закручивание, выдавливание. Нагревание, обдувание, смазка и охлаждение являются общими операциями.

Перед ковкой изготовляют начальные заготовки.

Преимущества изготовления заготовок свободной ковкой – высокое качество металла, универсальность оборудования и инструмента, возможность изготовления заготовок значительных размеров и масс на маломощном оборудовании.

К недостаткам технологических процессов свободной ковки заготовок принадлежат сравнительно низкая продуктивность работы, высокая трудоемкость, небольшая точность формы и размеров заготовок, увеличенные затраты металла на напуски, выгорание, увеличенные припуски на механическую обработку, потребность в высокой квалификации работников, тяжелые условия труда, трудности с механизацией и автоматизацией производственных процессов.

Свободной ковкой изготовляют заготовки для больших валов и роторов турбин, двигателей внутреннего сгорания, пушечных стволов и других габаритных и ответственных деталей машин. Сложные ковки требуют многоразового повторения операций нагревания и ковки. Параметр шероховатости поверхностей поковок составляет Ra 20…80.

Исходный документ для разработки чертежа поковки – чертеж готовой детали.

Поковкам придают простую форму, ограниченную плоскими или цилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические и клиновые формы поковок, пересечение нескольких цилиндрических элементов и призматических с цилиндрическими. Односторонние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя выполнять ковкой ребра жесткости и пластики. Заготовки со значительной разницей поперечных сечений, а также сложной формы или поковок и отливок.

Стремясь максимально приблизить конфигурацию поковки к конфигурации детали, необходимо оценить возможность изготовления ковкой уступов и выемок. Ковка коротких уступов с небольшой высотой выступа экономически нецелесообразна. При отсутствии специального инструмента выемки выполняются в том случае, если их длина равна или больше ширины бойков. Если размеры или выемки малы, на эти участки поковки назначаются напуски. Для небольшого числа поковок изготовление специального инструмента часто обходится дороже, чем потери металла на напуски и на увеличение объема механической обработки.

По требованиям ГОСТ 7829–70, который распространяется на поковки общего назначения из углеродистой и легированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах в единичном и мелкосерийном производстве, припуски на механическую обработку и отклонение размеров заготовок назначают в зависимости от типа поковки и ее размеров. Припуски на необрабатываемую поверхность не назначают. Предельные отклонения на все размеры поковок устанавливают в соответствии с их типом и номинальными размерами.

По согласованию между изготовителем и потребителем допускают изготовлять заготовки с большей, чем в стандартах, точностью, то есть с меньшими значениями отклонений, припусков и напусков. Допускается округлять расчетные

номинальные размеры заготовок к ближайшим значениям в сторону увеличения припусков на механическую обработку.

Дефекты кованых заготовок

Дефекты, возникающие при ковке, могут иметь различные причины. С исходным металлом связаны такие дефекты, как несоответствие химического состава, размеров и формы исходной заготовки, риски, волосовины, закаты, плены, трещины и др. Заусеницы, волосовины, трещины, закаты и другое удаляют заточкой или вырубкой.

Вследствие ошибок при нагреве заготовки возможно образование завышенного слоя окалины, обезуглероженного поверхностного слоя, изменение микроструктуры металла (перегрев, пережог). В процессе ковки возникают различные искажения формы, забоины, вмятины, вогнутые торцы, увеличивающие концевые припуски. При несоблюдении температурного режима ковки возможно образование наружных и внутренних трещин (расслоение), неблагоприятной микроструктуры поковки.

При очистке на поверхности поковки могут обнаружиться забоины, остатки окалины и следы травления. Необходимо отметить, что торцевые и закалочные трещины, расслоения, пережоги, значительные отклонения формы являются неисправимыми дефектами.

Спроектируем кованую заготовку для детали, указанной на рисунке 1.

Руководствуясь ГОСТ 7829–70 – Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах, назначим припуски на размеры поковки (таблица 7):

для Ø110 мм припуск составляет 14±5 мм;

для Ø90 мм припуск составляет 20±5 мм;

для высоты Н=205±0,3 мм припуск равен 13±4 мм.

Чертёж заготовки – на рисунке 2.

Рассчитаем массу полученной заготовки.

V₁=πD²H/4=3,14*124²*218/4=2,63*10^-3 м³;

V₂=πd²H/4=3,14*70²*218/4=0,84*10^-3 м²;

ρ=7, 88*10³ кг/м³;

C_заг.=(V₁-V₂)* ρ=(2,63–0,84)*7,88=14,1 кг.

Расчётная масса поковки – 14,1 кг.

 

Получение сварной заготовки

 

Сварные заготовки широко распространены в машиностроении, что объясняется значительными преимуществами сварки по сравнению с другими способами соединения заготовок. Экономия материалов, снижение стоимости продукции, высокая производительность оборудования и качество продукции – далеко не все преимущества, которые обеспечивает использование сварки в машиностроительном производстве. Использование сварных заготовок позволяет упростить конструкцию исходных заготовок, уменьшить толщину стенок и массу заготовок, использовать разные профили сортового и специального проката.

По сравнению с отливками и поковками сварные заготовки благоприятствуют экономии металлов (40…60%), экономии капитальных затрат производства, уменьшают трудоёмкость изготовления и стоимость заготовок, сокращают сроки их изготовления.

К недостаткам сварных заготовок относят наличие в них внутренних напряжений, которые часто приводят к потере точности формы и размеров поверхностей; сложные по форме заготовки по сравнению с отливками имеют большую трудоёмкость изготовления и меньшую производительность труда; не все материалы отличаются достаточной свариваемостью.

Под свариваемостью понимают способность материалов в результате сварки создавать надёжное их соединение.

Технологичность сварных заготовок обеспечивается рациональным выбором материалов их составных частей, способов их получения, конструкцией сварных элементов и режимом сварки.

Спроектируем сварную заготовку для детали на рисунке 1.

Оптимальным способом сварки в данном случае может служить механизированная дуговая сварка.

Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболее распространенным способом сварки. Ручная сварка применяется для сварки швов небольшого размера; за один проход без предварительной разделки кромок она позволяет сваривать детали толщиной 4… 8 мм. Автоматическая сварка может вестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа) или самозащитой проволокой. При этом резко повышается толщина свариваемых деталей (до 15 м без разделки кромок) и производительность сварки (в 6…8 раз по сравнению с ручной сваркой). Сварка в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей характеризуется стабильностью режима сварки, хорошим формированием сварного шва, высоким качеством соединения. Производительность полуавтоматической сварки примерно в 2…4 раза выше, чем ручной.

С учетом технологических соображений выбираем полуавтоматическую аргонно-дуговую сварку сварочной проволокой: Св‑18ХМА. По ГОСТ 1477 Г-76 выбираем тип сварного шва (СВ.), обеспечивающий провар сварного соединения при односторонней многопроходной сварке. Зная конфигурацию и размеры исходных частей заготовки, оформляем ее чертеж (рисунок 3). Расчетная масса заготовки – 7,96 кг.